Mise à jour 25 Décembre 2012
 
 
CONFÉRENCE MENSUELLE DE LA SAF
 «MARS, MARS EXPRESS, MSL, EXOMARS : L'EXPLORATION COMMENCE»
Par Jean Pierre BIBRING
Astrophysicien IAS , Professeur Paris Orsay
Au FIAP, 30 rue Cabanis, 75014 Paris (métro Glacière).
Le Mercredi 12 Décembre 2012 à 20H30
 
Photos : JPM. pour l'ambiance (les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement)
Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur.  Voir les crédits des autres photos et des animations.
Le conférencier a eu la gentillesse de nous donner sa présentation, elle est disponible sur ma liaison ftp et s'appelle :
JPB_SAF_2012_full.pdf, elle est dans le dossier CONF-MENSUELLES-SAF/ saison 2012/2013
Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent me contacter avant.
 
Cette conférence a été filmée en vidéo (grâce à UNICNAM et IDF TV) et est accessible sur Internet
On la trouve à cette adresse : http://www.youtube.com/playlist?list=PLM_NLeMfZ9TrNJ3Tn0fSJGucC7k8FM4fD 
 
 
 
Le compte rendu sera succinct étant donné que la présentation est disponible au téléchargement.
 
Une salle pleine de…..Martiens.
 
 
 
Jean Pierre Bibring est un de nos plus célèbres astrophysiciens spécialistes de Mars. Il appartient à l’IAS : l’institut d’astrophysique spatiale d’Orsay.
 
Il enseigne aussi à l’université d’Orsay.
 
Il est notamment responsable de l’instrument OMEGA à bord de la sonde Mars Express.
 
Il vient de publier un livre : Mars planète bleue ? chez Odile Jacob.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
JP Bibring commence son exposé par une rétrospective de la conquête spatiale depuis ses origines avec les Grecs qui avaient presque tout compris ; puis Copernic.
Giordano Bruno, le sacrifié à la cause de l’universalité des mondes. (le soleil et les étoiles sont de même nature : hérésie !!)
On passe du concept de la terre unique, centre du monde à la Terre banale.
 
Il faut attendre Galilée, Kepler et Newton pour comprendre le mouvement des planètes.
Ce n’est qu’un siècle plus tard que Laplace et Kant évoquent l’hypothèse de la nébuleuse primitive qui donne naissance à notre système solaire.
 
 
 
 
Le milieu du XXème siècle voit arriver les premiers satellites artificiels et objets qui quittent l’environnement terrestre comme Luna 3 qui photographie la face cachée de la Lune, un grand événement mondial.
 
Conquête de la lune dans les années 1960-1970.
 
Vers la fin du siècle, le grand mathématicien astronome Jacques Laskar, démontre la fonction vitale qu’a eu la Lune pour stabiliser l’axe de notre planète et peut être ainsi favoriser l’épanouissement d’une vie intelligente sur Terre.
 
Et enfin, la découverte de nouvelles planètes hors du système solaire, la première par M Mayor et D Quelloz : Peg 51
Ce n’est que le début de nombreuses autres découvertes.
 
La terre redevient-elle un monde spécifique à la vue des planètes extra solaires très différentes de la nôtre ? On explique leur taille (souvent énorme) et position (très près de leur étoile) que par un phénomène de migration des grosses planètes vers le centre, car elle ne peuvent se former que très loin, au contact de la glace en grande quantité.
Alors, notre système solaire, est-il si spécifique ? Mars et la Terre ont eu des passés semblables.
Quand a eu lieu la divergence d’évolution de nos deux planètes ? La vie est-elle apparue avant cette différentiation ?
Mars a-t-elle été une planète bleue ?
 
Mars devrait nous aider à comprendre. Elle a préservé la mémoire des différentes étapes de son évolution.
 
 
Notre vison du monde a changé constamment au cours du temps, de même notre vision de Mars a, elle aussi évolué.
 
 
En lançant la mission Viking en 1976, on était convaincu qu’il y avait de la vie sur Mars, et Viking devait l’étudier.
En effet jusque dans les années 1950, certains pensaient que Mars était couverte d’algues dans les zones sombres !
 
Qu’est-ce-qui a changé depuis l’époque Viking ? (il ne s’est rien passé de « martien » entre 1976 et 1996 !).
 
Notre idéologie : la pluralité des mondes.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
30 ans d’exploration spatiale ont montré l’extrême diversité du monde.
 
On est passé de la vision simpliste représentée sur la partie supérieure de la diapo de gauche à la partie inférieure, beaucoup plus détaillée.
 
On apprend sur les planètes, le Soleil et même sur notre planète elle-même : l’eau sur Terre est présente depuis plus de 4 Milliards d’années (Ga) , on a beaucoup de chance avec notre couverture nuageuse, car elle est a peu près constante (50%) au cours des millénaires. On ne sait pas bien pourquoi, mais cela a été déterminant. La formation des nuages est encore partiellement inconnue.
 
 
 
 
En 1996, des jeunes ingénieurs du JPL, lancent un modèle technologique (un démonstrateur comme on dit) vers Mars, ce sera Pathfinder (l’éclaireur en français) avec son petit robot SoJourner.
Cette sonde inaugure une nouvelle technologie révolutionnaire : air bags, robot indépendant, analyse du sol etc.. qui fonctionne à plus de 100%.
Bref un succès énorme dont vont s’inspirer toutes les futures missions.
 
Pathfinder se pose dans une vallée de débâcle, là où l'on pense que de l’eau a coulé jadis.  On cherche des restes : des sédiments.
On n’en trouve pas, ce n’est que du basalte, l’eau n’est pas restée assez longtemps. C’est ce que va révéler le seul vrai instrument emporté par le robot : l’APXS développé par nos amis du Max Planck Institut.
 
 
 
 
Après Pathfinder, on poursuit l’exploration de Mars depuis l’orbite martienne avec notamment :
 
Mars Global Surveyor (MGS) en 1997.
Mars Express (MEX) en 2004.
Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) en 2006.
 
 
Notamment avec des instruments performants qui en plus d’imager le sol en donne la composition, c’est le cas des spectro imageurs :
 
OMEGA (Observatoire pour la Minéralogie, l'Eau, les Glaces, et l'Activité ) sur la mission MEX dont le PI est justement JPB.
 
CRISM (Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars) sur MRO
 
Ces deux équipements ont montré qu’il n’y avait pas de carbonates (donc pas de calcaire) en grande quantité sur Mars, mauvais signe pour la présence d’eau. Ce qui veut dire que Mars a perdu son CO2 (son N2 aussi d’ailleurs).
Et pourtant le CO2 se transforme très facilement en carbonate en présence d’eau, comme sur Terre par exemple.
Cela signifie que sur Mars l’atmosphère originelle de CO2 a disparu rapidement. (voir plus loin)
 
 
 
De plus l’altimètre Laser de MGS (le MOLA : Mars Orbiter Laser Altimeter) nous donne accès maintenant à une carte topographique précise de tout le globe martien.
Une dichotomie importante entre les deux hémisphères est mise au jour.
L’hémisphère Nord est plus lisse et plus bas (de 10km approx) que l’hémisphère Sud ,  beaucoup plus cratérisé.
Pourquoi ??
Un impact géant se serait produit avec un corps de taille similaire à Mars, au moment de la formation du système solaire. (ère du bombardement massif et du bombardement tardif LHB). Les bassins se remplissent ensuite de basalte , roche volcanique sombre du manteau, remontant des profondeurs de la planète, lors de la période volcanique de Mars, (comme pour la Lune avec les « Mers »).
 
 
 
Mars a connu avant la fin de ce bombardement (qui a duré quelques 500 millions d’années) une possibilité d’habitabilité potentielle avec de l’eau liquide stable. Ces terrains ont été identifiés par les sondes martiennes, ils contiennent des argiles (clay en anglais).
En effet les argiles (philosilicates) ne peuvent se former qu’en présence d’eau (chaude) et présente pendant suffisamment longtemps.
Ces terrains sont les plus cratérisés et de couleur sombre.
Par contre les terrains « rouges » (couleur due à l’hématite, la rouille) n’ont pas été oxydés par de l’eau liquide mais par l’oxygène de l’atmosphère. Cette couche d’hématite est très superficielle, on s’en aperçoit quand on voit les traces des roues des rovers, là où ils passent, la couche superficielle est enlevée, et un terrain plus sombre apparaît.
 
Donc dans le rouge rouge (des représentations altimétriques de Mars), il ne faut surtout pas y aller, mais c’est ce qu’on a fait….
 
Ces terrains argileux originels ont été recouverts ensuite par les coulées de lave, on ne peut donc détecter ces argiles que lorsque les terrains anciens remontent à la surface : au fond de certains cratères d’impact, dont le choc a fait remonter les couches profondes.
 
 
On a la preuve que Mars a été chaude et humide au début de sa formation (de nombreuses structures au sol en attestent), disons pendant les 500 à 700 premiers millions d’années.
Le problème n’est pas de savoir si l’eau a coulé, on en est à peu près sûr, mais de savoir si elle était pérenne dans le temps.
 
Un océan aurait-il couvert les terrains les plus bas (ceux représentés en bleu sur la carte précédente) ?
Ces terrains ne sont pas (plus) cratérisés, donc récents, formés après la phase du grand bombardement.
La NASA a systématiquement envoyé des sondes dans ces grandes zones non cratérisées, mais on le sait maintenant, sans résultat.
 
 
L’eau n’existait plus après l’épisode du grand bombardement.
 
Par contre on montre que de l’eau a été stable avant la fin du bombardement, et qu’il faut donc aller la chercher, non pas dans les zones identifiées en « bleue » sur les cartes altimétriques martiennes, mais dans les zones cratérisées.
Peut on identifier ces terrains et sont ils encore présents ?
 
Mars pendant cet épisode du grand bombardement (quelques 500 à 700 millions d’années après sa formation), a pu ressembler à cette image où le fond des cratères était remplis d’eau liquide.
De même on pense que sur Terre, les océans sont aussi apparus à la même époque. Mais sur Terre, on ne trouve plus de terrains qui ont gardé la mémoire de cette eau.
 
 
 
 
 
Les roches qui se sont formées en premier sur Mars, sont les argiles (roches volcaniques exposées à de l’eau chaude stable) ;
 
 
Puis l’eau a disparu, pourquoi ?
 
Mars est petite, très petite, elle s’est refroidie plus vite que la Terre, son noyau ferrique s’est solidifié (la dynamo martienne s’est éteinte), donc plus de champ magnétique protecteur ; le vent solaire peut balayer son atmosphère (composée principalement de CO2, donc l’effet de serre disparaît).
De plus sa petite taille lui confère une faible gravité ; cela concourt à l’échappement de l’atmosphère. Sans atmosphère et avec un effet de serre maintenant nul, la température et la pression sont trop basses pour conserver l’eau à l’état liquide ; elle s’envole aussi !
 
Cela a provoqué un changement climatique globale sur cette planète.
 
 
 
 
Les premiers minéraux hydratés à s'être formés sont des argiles ; les points rouges sur la carte.
(carte relevée avec OMEGA et CRISM).
 
Ils sont principalement dans l’hémisphère Sud, parmi la croûte la plus ancienne. Rappelons-nous, la croûte du Nord a été recouverte de lave, et les argiles sont sous cette couche et accessibles seulement dans les zones d’impact.
 
Après les argiles, se forment les sulfates. Ils sont moins nombreux, ils se trouvent dans la zone verte.
 
 
 
 
 
 
 
Les argiles s’étant formés aussi bien au Nord (quand un impact a soulevé la couche profonde) qu’au Sud, l’épisode hydrique s’est donc produit sur toute la planète.
Si on veut savoir si des conditions favorables à la vie ont été présentes à un moment donné, c’est dans ces terrains qu’il faut chercher.
 
Concernant le site d’atterrissage de Curiosity-MSL, il ne restait plus que quatre sites sélectionnés, et celui choisi (le cratère Gale) ne semble pas avoir été le plus judicieux , car il semble avoir été formé tard.
Le site proposé par la France et l’équipe de JPB était celui de Mawrth Vallis
 
 
 
Revenons sur la formation de Mars
 
Le bombardement primordial s’est produit entre 4,5 et 3,8 Ga, le taux d’impact était 10.000 fois supérieur à ce qu’il est actuellement.
 
En fait ce bombardement s’est décomposé en deux phases : l’une très tôt (durée 10 millions d’années) l’autre vers la fin de cette période (le bombardement tardif LHB) qui a donné leur aspect cratérisé à toutes les planètes « dures ».
Ce bombardement a été si intense qu’il a effacé toutes les traces précédentes, sauf sur Mars, qui a gardé en partie ses cicatrices primordiales.
 
 
 
 
Au tout début de la formation du système solaire, une phase d’accrétion de matière a lieu qui donne naissance aux planètes ainsi qu’une phase de migration des grosses planètes.
Cette migration de planètes est une théorie mise au point par l’Observatoire de Nice (notre ami A Morbidelli notamment) très récemment.
Mars devrait, d’après les modèles actuels de formation planétaire, être plus grosse que la Terre, or ce n’est pas le cas. Pourquoi ?
 
Jupiter se serait formé entre 3 et 4 UA (plus près du Soleil que sa position actuelle , vers 5 UA), il avale de la matière et rentre dans le système solaire interne, il arrive au niveau de l’orbite de Mars, continue jusqu’à l’orbite de la Terre.
En même temps, Saturne , plus loin, grossissait aussi ; et effectue aussi une migration interne jusqu’à atteindre une résonance 3/2 avec Jupiter. Saturne s’arrête de grossir, et entraîne Jupiter de nouveau vers l’extérieur.
Il y a donc eu un double mouvement de migration, qui semble rendre compte des propriétés actuelles du système solaire.
Mars n’aurait pas eu assez de matériau à sa disposition (Jupiter a presque tout nettoyé entre 1 et 4 UA), d’où sa petite taille.
Les argiles de Mars se seraient formées entre ces deux bombardements, et en sont donc la mémoire.
 
Cette époque où le système solaire comptait peut être une cinquantaine d’objets a favorisé de nombreux impacts (la Terre est percutée par un corps géant, créant un disque de matière qui deviendra la Lune), réduisant le nombre de planètes .
Se produit aussi un grand impact sur Mars, qui donne naissance à la dichotomie du terrain.
 
Mars, livre de mémoire de la Terre ?
 
 
Et la suite ?
 
Après Curiosity qui ne se pose pas dans le meilleur des terrains, (les US ont choisi Gale crater , et c’est probablement une erreur), on pense au projet suivant :
Exomars : difficultés financières car la NASA s’est retirée, les Russes vont peut être remplacer les USA.
 
Étape suivante : ramener des échantillons.
 
 
 
 
 
 
 
 
POUR ALLER PLUS LOIN.
 
Subsurface water and clay mineral formation during the early history of Mars, article de JP Bibring et al. à Nature.
Avec les illustrations suivantes :
Figure 1: Clay mineral distribution and diversity on Mars.
Figure 2: Chemical and mineralogical changes observed during aqueous alteration of basalt.
Figure 3: Compositional stratigraphy of clay-bearing units.
Figure 4: Timeline of major processes in Mars history.  À voir
Figure 5: Evolution of aqueous environments during the first billion years of Mars history.
 
 
Annual survey of water vapor behavior from the OMEGA mapping spectrometer onboard Mars Express
 
Formation stellaire et apparition de la vie, présentation pdf de JP Bibring.
 
Global Mineralogical and Aqueous Mars History Derived from OMEGA/Mars Express Data, article de JP Bibring et al.
 
Overarching questions related to the formation of units at Mawrth Vallis, presentation pdf de JP Bibring
 
Océans sur Mars : la controverse rebondit, article de Libération.
 
Detection of Hydrated Silicates in Crustal Outcrops in the Northern Plains of Mars, article de JP Bibring
 
Workshop on Martian Phyllosilicates:  Recorders of Aqueous Processes?  Très très complet.
 
Une Sélection des Résultats Scientifiques de Mars Express (Contribution française) par le CNES.
 
http://www.espace-sciences.org/conferences/l-exploration-spatiale-de-mars-tout-commence conférence de JPB à voir absolument.
 
Phyllosilicates in the Mawrth Vallis region of Mars
 
Formation et évolution planétaire : les 700 premiers millions d’années. Présentation pdf par A. Crida.
 
Nice a encore frappé : le grand Tack.
 
Key aspects of the evolution of the of the Solar System: par A Morbidelli et al.
 
The Grand Tack Scenario presentation ppt par A Morbidelli et al.
 
Quand Jupiter était à la place de Mars par l’INSU.
 
"A low mass for Mars from Jupiter early gas-driven migration". Article pdf par A Morbidelli et al.
 
 
 
 
 
Voir aussi le numéro spécial de l’Astronomie sur Mars : Juillet/Août 2012 avec un article de JP Bibring
 
 
Bon ciel à tous
 
 
Jean Pierre Martin   Président de la commission de cosmologie de la SAF
www.planetastronomy.com
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